高效低压力脉动轴流泵叶片设计方法及装置、电子设备与流程
本申请涉及轴流泵叶片设计，尤其涉及一种高效低压力脉动轴流泵叶片设计方法及装置、电子设备。
背景技术：
1、轴流泵作为最为常见的水力机械，其具有低扬程，大流量的特点，被广泛应用于农田灌溉、城市污水排水系统、水网枢纽调水等行业，对于高性能轴流泵的需求持续增强。
2、叶轮作为轴流泵的核心部件，对轴流泵的内部流动有重要影响，传统叶轮设计一般通过升力法、保角变换法、奇点分布法，所涉及的设计参数较多，设计流程复杂。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的是提供一种高效低压力脉动轴流泵叶片设计方法及装置、电子设备，以解决相关技术中存在的设计流程复杂的技术问题，以提高扬程、降低内部流动损失和压力脉动。
2、根据本申请实施例的第一方面，提供一种高效低压力脉动轴流泵叶片设计方法，包括：
3、根据预定外特性要求确定轴流泵的结构设计参数，所述外特性要求包括扬程、效率、流量、出口压力，所述结构设计参数包括叶片轮毂比、叶片数、冲角、叶栅稠度和轴流泵进出口直径；
4、根据所述结构设计参数，建立轴流泵固体域三维模型，并在所述轴流泵固体域三维模型基础上进行流体域提取，对所述流体域进行数值仿真计算，所述数值仿真计算包括轴流泵全工况的外特性计算、内部流动计算以及压力脉动计算；
5、对于所述数值仿真计算的结果进行分析，考虑叶轮结构对轴流泵性能起重要因素，基于圆柱层流无关性假设和多曲率控制对轴流泵叶片凹凸表面的关键几何参数进行优化，并设置若干组叶片凹凸表面，所述关键几何参数为叶片凹凸表面布置位置、长度、宽度、突起高度以及凸起半径；
6、对若干组叶片凹凸表面的轴流泵进行数值仿真计算，根据轴流泵数值仿真计算得到的综合性能与叶片凹凸表面关键几何参数的最优化选择，进而得到基于叶片表面多曲率控制的高效低压力脉动轴流泵叶片设计几何参数，所述综合性能包括外特性、内部流动性能、压力脉动性能。
7、可选的，根据所述结构设计参数，建立轴流泵固体域三维模型，并在所述轴流泵固体域三维模型基础上进行流体域提取，对所述流体域进行数值仿真计算，包括以下子步骤：
8、根据已经确定的结构设计参数建立固体域三维模型，对轴流泵固体域三维模型进行流体域三维模型抽取，再对所述流体域三维模型进行网格划分处理；
9、网格划分处理后，对所述流体域三维模型进行数值仿真，在外特性计算和内部流动计算时，按照轴流泵全工况条件对转速、流速、进口压力条件进行设置，在压力脉动计算时，在流体域三维模型上设置监测点以监测压力脉动；
10、对轴流泵进行流线、湍动能分布、涡结构分布进行分析，比较不同叶片凹凸表面的外特性和压力脉动。
11、可选的，对若干组叶片凹凸表面的轴流泵进行数值仿真计算，根据轴流泵数值仿真计算得到的综合性能与叶片凹凸表面关键几何参数的最优化选择，包括：
12、对若干组叶片凹凸表面的轴流泵进行数值仿真计算，采用对比分析法比较不同叶片凹凸表面轴流泵数值仿真计算得到的扬程、效率、流线、湍动能及涡结构关联参数，在此基础上确定综合性能与叶片凹凸表面关键几何参数的最优化选择，所述综合性能包括外特性、内部流动性能、压力脉动性能。
13、根据本申请实施例的第二方面，提供一种高效低压力脉动轴流泵叶片设计装置，包括：
14、参数确定模块，用于根据预定外特性要求确定轴流泵的结构设计参数，所述外特性要求包括扬程、效率、流量、出口压力，所述结构设计参数包括叶片轮毂比、叶片数、冲角、叶栅稠度和轴流泵进出口直径；
15、建模仿真模块，用于根据所述结构设计参数，建立轴流泵固体域三维模型，并在所述轴流泵固体域三维模型基础上进行流体域提取，对所述流体域进行数值仿真计算，所述数值仿真计算包括轴流泵全工况的外特性计算、内部流动计算以及压力脉动计算；
16、仿真结果分析模块，用于对于所述数值仿真计算的结果进行分析，考虑叶轮结构对轴流泵性能起重要因素，基于圆柱层流无关性假设和多曲率控制对轴流泵叶片凹凸表面的关键几何参数进行优化，并设置若干组叶片凹凸表面，所述关键几何参数为叶片凹凸表面布置位置、长度、宽度、突起高度以及凸起半径；
17、仿真优化模块，用于对若干组叶片凹凸表面的轴流泵进行数值仿真计算，根据轴流泵数值仿真计算得到的综合性能与叶片凹凸表面关键几何参数的最优化选择，进而得到基于叶片表面多曲率控制的高效低压力脉动轴流泵叶片设计几何参数，所述综合性能包括外特性、内部流动性能、压力脉动性能。
18、根据本申请实施例的第二方面，提供一种电子设备，包括：
19、一个或多个处理器；
20、存储器，用于存储一个或多个程序；
21、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。
22、根据本申请实施例的第二方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。
23、本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
24、由上述实施例可知，本申请从轴流泵优化设计角度出发，采用一种全新的轴流泵叶片的设计方法来对轴流泵的效率压力脉动进行控制。该发明采用了在叶轮上布置凹凸不平表面，通过仿真计算加以试验验证，得到轴流泵综合性能与叶片凹凸表面关键几何参数的最优化选择，克服了叶片设计复杂的问题，根据优化后的关键几何参数设计出的叶片可以改善流体在泵内部的流动情况，减少湍动能，改善流动分离和压力脉动，从而减小流体在泵内部能量损耗，实现了轴流泵高效低压力脉动要求。
25、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
技术特征：
1.一种高效低压力脉动轴流泵叶片设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据所述结构设计参数，建立轴流泵固体域三维模型，并在所述轴流泵固体域三维模型基础上进行流体域提取，对所述流体域进行数值仿真计算，包括以下子步骤：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对若干组叶片凹凸表面的轴流泵进行数值仿真计算，根据轴流泵数值仿真计算得到的综合性能与叶片凹凸表面关键几何参数的最优化选择，包括：
4.一种高效低压力脉动轴流泵叶片设计装置，其特征在于，包括：
5.一种电子设备，其特征在于，包括：
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述方法的步骤。
技术总结
本发明公开了一种高效低压力脉动轴流泵叶片设计方法及装置、电子设备，对传统轴流泵叶片表面进行改进，包括：根据外特性要求确定结构设计参数；根据结构设计参数建立三维模型并进行仿真计算；考虑叶轮结构对泵性能的影响，基于圆柱层流无关性假设和多曲率控制设置若干组叶片凹凸表面，并对叶片凹凸表面的关键几何参数进行优化；对若干组叶片凹凸表面的仿真计算结果进行最优化选择，得到高效低压力脉动轴流泵叶片设计几何参数。此凹凸不平的结构对叶片表面的流体起导流作用，使得叶片表面流动分离点延后，流线分布更加均匀，保证各项性能要求的同时扬程提升，特别是在轴流泵的马鞍区。
技术研发人员：朱祖超,贾晓奇,钟少森,任启乐,刘广兵
受保护的技术使用者：通用机械关键核心基础件创新中心（安徽）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5